DE102014103433B4 - DIGITAL-ANALOG CONVERTER - Google Patents

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Abstract

Digital-Analog-Wandler (350) für einen Strommodus-Wandler (100), der umfasst:einen Spannungs-Strom-Wandler (333);eine erste Wandlerschaltung (320), die einen ersten Teil-DAC umfasst und dazu ausgelegt ist, ein während eines Schaltzyklus konstant bleibendes und zeitkontinuierliches Signal zu erzeugen; undeine zweite Wandlerschaltung (330), die dazu ausgelegt ist, ein sich über den Schaltzyklus kontinuierlich veränderndes Signal zu erzeugen, wobeidie zweite Wandlerschaltung (330) einen zweiten Teil-DAC (331), der dazu ausgelegt ist, ein Diskretwertsignal zu erzeugen, und eine Wellenform-Erzeugungsschaltung, die mit dem zweiten Teil-DAC (331) gekoppelt ist, umfasst, wobeidie Wellenform-Erzeugungsschaltung dazu ausgelegt ist, das Diskretwertsignal in das sich kontinuierlich verändernde Signal umzusetzen, wobeidie Wellenform-Erzeugungsschaltung ein einem Schalter (11) des Strommodus-Wandlers (100) nachgebildetes Element (332) und einen Kondensator (334) umfasst, wobeidas nachgebildete Element (332) mit einem Ausgang der ersten Wandlerschaltung (320) gekoppelt ist, wobeider Kondensator (334) eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobeidie erste Elektrode mit einem Knotenpunkt zwischen dem zweiten Teil-DAC (331) und einem Eingang des Spannungs-Strom-Wandlers (333) gekoppelt ist, ein Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers (333) mit einem Ausgang der ersten Wandlerschaltung (320) gekoppelt ist, und die zweite Elektrode mit einem Massepotential gekoppelt ist, und wobei an einem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (350) eine Spannung bereitgestellt wird, die an einem Knoten zwischen der ersten Wandlerschaltung (320) und dem nachgebildeten Element (320) abgegriffen wird.A digital-to-analog converter (350) for a current mode converter (100), comprising: a voltage-to-current converter (333); a first converter circuit (320), which comprises a first sub-DAC and is designed to do so generate a constant and continuous-time signal during a switching cycle; and a second converter circuit (330) configured to generate a signal that changes continuously over the switching cycle, the second converter circuit (330) comprising a second partial DAC (331) configured to generate a discrete value signal and one Waveform generation circuit coupled to the second sub-DAC (331), the waveform generation circuit being adapted to convert the discrete value signal into the continuously changing signal, the waveform generation circuit being a switch (11) of the current mode Transducer (100) includes a simulated element (332) and a capacitor (334), the simulated element (332) being coupled to an output of the first converter circuit (320), the capacitor (334) comprising a first electrode and a second electrode, which first electrode with a node between the second partial DAC (331) and an input of the voltage-current converter (333) ppelt, an output of the voltage-current converter (333) is coupled to an output of the first converter circuit (320), and the second electrode is coupled to a ground potential, and wherein at an output of the digital-to-analog converter (350) a voltage is provided which is tapped at a node between the first converter circuit (320) and the simulated element (320).

Description

ERFINDUNGSGEBIETFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Digital-Analog-Wandler.The present disclosure relates to a digital-to-analog converter.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Leistungsversorgung und Spannungsregelung für Vorrichtungen, wie z.B. eine zentrale Verarbeitungseinheit, analoge/HF-Teilsysteme, einen Speicher, Systems-on-Chip oder Peripherielasten wird zu einer großen Herausforderung aufgrund der höheren Anforderungen an Rechner-, Steuerungs- und Kommunikationsplattformen. In den vergangenen Jahren hat sich ein steigender Bedarf hinsichtlich Leistungsversorgung und Leistungswandlern, die hohe dynamische Kenngrößen bieten, gezeigt. Eine wichtige Herausforderung bei Leistungsversorgungen ist die Ermöglichung eines schnellen Ansprechens auf starke Last- und Leistungsschwankungen. Zu diesem Zweck kann eine Strommodus-Steuermethode angewendet werden, bei der eine Stromrückkopplungsschaltung zusätzlich zu einer Spannungsrückkopplungsschaltung oder auch als die einzige Rückkopplungsschaltung vorgesehen ist.Power supply and voltage regulation for devices such as A central processing unit, analog / RF subsystems, a memory, systems-on-chip or peripheral loads is becoming a major challenge due to the higher demands on computer, control and communication platforms. In recent years, there has been an increasing need for power supply and power converters that offer high dynamic parameters. An important challenge for power supplies is to enable them to respond quickly to strong load and power fluctuations. For this purpose, a current mode control method can be used in which a current feedback circuit is provided in addition to a voltage feedback circuit or as the only feedback circuit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Digital-Analog-Wandler für eine Rückkopplungsschaltung in einem stromgesteuerten Leistungswandler bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the present invention is to provide an improved digital-to-analog converter for a feedback circuit in a current-controlled power converter. The object is achieved by a device having the features of claim 1.

Die Druckschrift US 2010/0134083 A1 beschreibt einen Analog-zu-Digital-(A/D)-Wandler, der aufweist: einen Rampensignalgenerator, der einen Rampensignalausgang und einen Takteingang aufweist; eine Verzögerungsleitung, die mehrere Verzögerungselemente aufweist; eine Verzögerungsleitungssteuerung, die dazu ausgebildet ist, die Verzögerungsleitung zu aktivieren und zu veranlassen, dass ein Signal die Verzögerungsleitung durchläuft, wenn ein Rampensignal (vramp(t)) am Rampensignalausgang zunächst ein erstes von einem A/D-Eingangssignal an einem A/D-Eingang und von einem Referenzsignal an einem Referenzsignaleingang schneidet; und die Verzögerungsleitung zu deaktivieren und ein Ausgangssignal der Verzögerungsleitung abzutasten, wenn das Rampensignal ein zweites von dem A/D-Eingangssignal und von dem Referenzsignal schneidet; und ein Flankensteilheitskalibrierungsmodul, das an den Rampengenerator gekoppelt ist, wobei das Kalibrierungsmodul dazu ausgebildet ist, die Flankensteilheit des Signals am Rampensignalausgang einzustellen.The publication US 2010/0134083 A1 describes an analog-to-digital (A / D) converter comprising: a ramp signal generator having a ramp signal output and a clock input; a delay line having a plurality of delay elements; a delay line controller configured to activate the delay line and to cause a signal to pass through the delay line when a ramp signal (vramp (t)) at the ramp signal output first of all a first of an A / D input signal on an A / D Intersects input and from a reference signal at a reference signal input; and deactivate the delay line and sample an output signal of the delay line when the ramp signal intersects a second one of the A / D input signal and the reference signal; and an edge steepness calibration module, which is coupled to the ramp generator, wherein the calibration module is configured to set the edge steepness of the signal at the ramp signal output.

Die Druckschrift US 2011/0280353 A1 beschreibt eine adaptive phasenverschobene Synchronisationstaktgeneratorschaltung und ein Verfahren zum Erzeugen eines phasenverschobenen Synchronisationstaktes. Die adaptive phasenverschobene Synchronisationstaktgeneratorschaltung beinhaltet: eine Stromquelle, die einen Strom erzeugt, der durch einen Knoten fließt, um eine Knotenspannung auf dem Knoten zu erzeugen; einen umgekehrt proportionalen Spannungsgenerator, der mit dem Knoten gekoppelt ist, um eine Spannung zu erzeugen, die umgekehrt proportional zur Knotenspannung ist; einen Rampengenerator, der ein Synchronisationseingangssignal empfängt und ein Rampensignal erzeugt; einen Vergleicher, der die umgekehrt proportionale Spannung mit dem Rampensignal vergleicht; und einen Impulsgenerator zum Erzeugen eines Taktsignals gemäß einem Ausgang des Vergleichers.The publication US 2011/0280353 A1 describes an adaptive out-of-phase synchronization clock generator circuit and a method for generating a out-of-phase synchronization clock. The adaptive phase-shifted synchronization clock generator circuit includes: a current source that generates a current flowing through a node to generate a node voltage on the node; an inversely proportional voltage generator coupled to the node to generate a voltage that is inversely proportional to the node voltage; a ramp generator that receives a synchronization input signal and generates a ramp signal; a comparator that compares the inversely proportional voltage with the ramp signal; and a pulse generator for generating a clock signal according to an output of the comparator.

Die Druckschrift US 2012/0176824 A1 beschreibt eine digitale Steuerschaltung zur Verwendung mit einem Schaltnetzteil, das ein Eingangssignal an einem ersten Eingangsknoten und ein Steuersignal an einem zweiten Eingangsknoten empfängt und ein Ausgangssignal an einem zweiten Eingangsknoten bereitstellt und das ein Ausgangssignal an einem ersten Ausgangsknoten und ein Stromsignal an einem zweiten Ausgangsknoten bereitstellt. Die digitale Steuerschaltung erzeugt ein programmierbares Stromreferenzsignal basierend auf einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal und einem Spannungsreferenzsignal, berechnet einen Zeitpunkt, an dem das Stromsignal im Wesentlichen dem programmierbaren Stromreferenzsignal entspricht, und erzeugt das Steuersignal basierend auf dem berechneten Zeitpunkt.The publication US 2012/0176824 A1 describes a digital control circuit for use with a switching power supply that receives an input signal at a first input node and a control signal at a second input node and provides an output signal at a second input node and that provides an output signal at a first output node and a current signal at a second output node. The digital control circuit generates a programmable current reference signal based on a difference between the output signal and a voltage reference signal, calculates a time at which the current signal substantially corresponds to the programmable current reference signal, and generates the control signal based on the calculated time.

Die Druckschrift CN 102 882 375 A beschreibt eine Schaltnetzteilversorgung mit einem Ausgangsport, der konfiguriert ist, um eine Last zu versorgen, einem Steuersignalgenerator, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, die konfiguriert sind, um ein erstes Steuersignal bereitzustellen; einen ersten Schalter, der konfiguriert ist, um das erste Steuersignal zu empfangen und die Spannung an dem Ausgangsport zu regeln; und einen Rampensignalgenerator, umfassend einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Eingang konfiguriert ist, um das Steuersignal zu empfangen, und der Ausgang konfiguriert ist, um ein Stromsignal bereitzustellen, das ein Ausgangssignal an der Ausgangsöffnung simuliert, und wobei der Ausgang des Rampensignalgenerators ferner mit dem Eingang der Mittel zum Erzeugen des Steuersignals gekoppelt ist.The publication CN 102 882 375 A. describes a switching power supply with an output port configured to supply a load, a control signal generator having an input and an output configured to provide a first control signal; a first switch configured to receive the first control signal and regulate the voltage at the output port; and a ramp signal generator comprising an input and an output, the input configured to receive the control signal and the output configured to provide a current signal that simulates an output signal at the output port, and wherein the output of the ramp signal generator further includes is coupled to the input of the means for generating the control signal.

Die Druckschrift US 7 772 810 B2 beschreibt eine volldigitale DC/DC automatische Auf/Ab-Konverterschaltung, die eine Eingangsspannung basierend auf einem Schaltvorgang in eine Ausgangsspannung mit einem vorgegebenen Wert umwandelt. Der Schaltvorgang beinhaltet Schaltvorgangszyklen mit mindestens einer Schaltvorgangsphase. Der Wandler wird von einer digitalen Steuerung mit einer Nachschlagetabelle gesteuert, in der eine Vielzahl von Daten gespeichert sind. Die digitale Steuerung verwendet bestimmte Daten aus der Vielzahl der Daten in Bezug auf eine tatsächlich geschaltete Betriebsart zum kontinuierlichen Einstellen des Beginns und des Endes eines Schaltvorgangs. The publication US 7,772,810 B2 describes a fully digital DC / DC automatic up / down converter circuit that converts an input voltage into a based on a switching process Converts output voltage with a predetermined value. The switching process includes switching process cycles with at least one switching process phase. The converter is controlled by a digital controller with a look-up table that stores a variety of data. The digital controller uses certain data from the plurality of data related to an actually switched mode of operation to continuously set the start and end of a shift.

Die Publikation „A new, continuous-time model for current-mode control“ von R. B. Ridley in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 6, No. 2, 1991, Seiten 271-280 - ISSN 1941-0107, beschreibt ein neues Strommodus-Steuerungsmodell, das die Genauigkeit der Modellierung von Abtastdaten mit der Einfachheit der Pol-Null-Darstellung kombiniert. Alle Kleinsignalcharakteristika der Strommodussteuerung werden vorhergesagt, einschließlich hochfrequenter subharmonischer Schwingungen, die auch bei Tastverhältnissen von weniger als 0,5 auftreten können. Die beste Darstellung für die Funktion der Übertragung von Steuerung zu Ausgabe wird als dritte Ordnung dargestellt. Modellvorhersagen werden durch Messungen an einem Abwärtswandler bestätigt.The publication "A new, continuous-time model for current-mode control" by R. B. Ridley in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 6, No. 2, 1991, pages 271-280 - ISSN 1941-0107, describes a new current mode control model that combines the accuracy of the modeling of sample data with the simplicity of pole-zero representation. All small-signal characteristics of current mode control are predicted, including high-frequency subharmonic vibrations that can occur even at duty cycles less than 0.5. The best representation for the function of the transfer from control to output is represented as the third order. Model predictions are confirmed by measurements on a buck converter.

Die Publikation „Digital Control of Single-Inductor Dual-Output DC-DC Converters in Continuous-Conduction Mode“ von D. Trevisan et al. in IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, 2005, Seiten 2612-2622 - ISBN 978-0-7803-9033-1, beschreibt die Anwendung der digitalen Steuerung für nicht isolierte Single-Induktor Dual-Output Step-Down DC-DC Converter im Continuous-Conduction Mode (CCM). Die genaue und unabhängige Steuerung jedes Ausgangs erfordert eine ausgeklügelte digitale Steuerungsarchitektur, um Kreuzregulierungsprobleme zu minimieren. Die angewandte Steuerung beinhaltet eine separate Regelung der Gleichtakt- und Differenzmodus-Ausgangsspannungen. Darüber hinaus wurden die variable Verstärkung des Differentialmodusreglers und eine nichtlineare Auswertung der Gleichtaktspannung untersucht, um das dynamische Verhalten des Systems bei unterschiedlichen Lastbedingungen zu verbessern. Experimentelle Untersuchungen wurden mit diskreten Komponenten durchgeführt, wobei die digitale Steuerung in einem Field Programmable Gate Array (FPGA) implementiert wurde.The publication “Digital Control of Single-Inductor Dual-Output DC-DC Converters in Continuous-Conduction Mode” by D. Trevisan et al. in IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, 2005, pages 2612-2622 - ISBN 978-0-7803-9033-1, describes the use of digital control for non-isolated single-inductor dual-output step-down DC-DC converters in continuous -Conduction Mode (CCM). Precise and independent control of each output requires a sophisticated digital control architecture to minimize cross-regulation problems. The control used includes separate regulation of the common mode and differential mode output voltages. In addition, the variable gain of the differential mode controller and a non-linear evaluation of the common mode voltage were examined in order to improve the dynamic behavior of the system under different load conditions. Experimental investigations were carried out with discrete components, whereby the digital control was implemented in a field programmable gate array (FPGA).

Die Druckschrift US 2005/0007087 A1 beschreibt eine konstante Einschaltzeitregelung für einen Abwärtswandler, der zwei symmetrische Rampen verwendet. Die Rampen können künstlich oder durch Erfassen der Spannung über einen Abtastwiderstand im Ausgang erzeugt werden. Die Rampe kann auch durch Erfassen der Spannung über dem „EIN“-Widerstand des niederseitigen FET im Schaltregler erzeugt werden. Bei einer modifizierten Ausgangsspannung wird eine der Rampen überlagert und bei einer modifizierten Referenzspannung werden die anderen Rampen überlagert. Die modifizierte Ausgangsspannung und die modifizierte Referenzspannung werden verglichen, um zu bestimmen, wann die Einschaltzeit des Abwärtswandlers gestartet werden soll. Die doppelten Rampen reduzieren die Rauschempfindlichkeit. Die EIN-Zeit wird als Reaktion auf das Laden eines Kondensators mit der Eingangsspannung des Reglers gestoppt. Es kann auch ein Offset erzeugt werden, der die Differenz zwischen der durchschnittlichen Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt. Der Offset wird verwendet, um eine modifizierte Referenz zu erzeugen, um den Offset zu kompensieren.The publication US 2005/0007087 A1 describes constant on-time control for a step-down converter that uses two symmetrical ramps. The ramps can be generated artificially or by sensing the voltage across a sense resistor in the output. The ramp can also be generated by detecting the voltage across the "ON" resistance of the low-side FET in the switching regulator. With a modified output voltage one of the ramps is superimposed and with a modified reference voltage the other ramps are superimposed. The modified output voltage and the modified reference voltage are compared to determine when to start the buck converter on time. The double ramps reduce the sensitivity to noise. The ON time is stopped in response to the charging of a capacitor with the input voltage of the regulator. An offset can also be generated which represents the difference between the average output voltage and the reference voltage. The offset is used to create a modified reference to compensate for the offset.

FigurenlisteFigure list

Die beiliegenden Zeichnungen sind vorgesehen, um ein besseres Verständnis der Offenbarung zu ermöglichen und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung. Weitere Varianten und zahlreiche der vorgesehenen Vorteile von Ausführungsformen werden schnell offensichtlich, wenn sie durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.

  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines nicht zur Erfindung gehörigen digital gesteuerten Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung.
  • 2a-2c zeigen beispielhafte Ausgangssignale von Digital-Analog-Wandlern nach der Offenbarung.
  • 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines nicht zur Erfindung gehörigen Digital-Analog-Wandlers für einen digital gesteuerten Strommodus-Wandler nach der Offenbarung.
  • 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers für einen digital gesteuerten Strommodus-Wandler nach der Offenbarung.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften nicht zur Erfindung gehörigen Verfahrens zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung.
The accompanying drawings are provided to provide a better understanding of the disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings show embodiments and together with the description serve to explain the principles of the disclosure. Other variations and many of the envisaged advantages of embodiments will become apparent as they become more fully understood by reference to the following detailed description. The elements of the drawings are not necessarily to scale relative to one another. The same reference numerals designate similar parts.
  • 1 shows a schematic block diagram of a digitally controlled current mode power converter not according to the invention according to the disclosure.
  • 2a-2c show exemplary output signals from digital-to-analog converters according to the disclosure.
  • 3rd shows a schematic block diagram of a digital-to-analog converter not belonging to the invention for a digitally controlled current mode converter according to the disclosure.
  • 4th shows a schematic block diagram of a digital-to-analog converter according to the invention for a digitally controlled current mode converter according to the disclosure.
  • 5 FIG. 12 shows a flow diagram of an exemplary method for digitally controlling a current mode power converter according to the disclosure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen generell verwendet werden, um durchgehend gleiche Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu ermöglichen. Es ist für einen Fachmann auf dem Sachgebiet jedoch offensichtlich, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad an spezifischen Details durchgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um das Beschreiben eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu vereinfachen. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch vom Schutzumfang der Offenbarung abgewichen wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstabgetreu oder nicht notwendigerweise maßstabgetreu sind.The aspects and embodiments will now be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are generally used to designate the same elements throughout. In the following description, numerous specific details are set forth for purposes of illustration to provide a thorough understanding of one or more aspects of the disclosure. However, it is obvious to a person skilled in the art that one or more aspects of the embodiments can be carried out with a lower degree of specific details. In other instances, known structures and elements are shown in schematic form to simplify the description of one or more aspects of the disclosure. It should be understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the disclosure. It should also be noted that the drawings are not to scale or not necessarily to scale.

Des Weiteren können offengelegte Merkmale oder Aspekte mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine vorgegebene oder spezielle Anwendung gewünscht und vorteilhaft sein kann. Die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“, zusammen mit Ableitungen davon, können verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Ausdrücke verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren, und zwar unabhängig davon, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen oder sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht als Einschränkung angesehen werden, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist durch die beiliegenden Patentansprüche definiert.Furthermore, disclosed features or aspects can be combined with one or more other features or aspects of the other implementations, as may be desired and advantageous for a given or special application. The terms "coupled" and "connected", along with derivatives thereof, can be used. It should be noted that these terms can be used to indicate that two elements are interacting or interacting with one another, regardless of whether they are in direct physical or electrical contact or not. The following detailed description, therefore, should not be taken as a limitation, and the scope of the present disclosure is defined by the appended claims.

Die folgende Offenbarung betrifft einen Leistungswandler. Es sei hiermit darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Arten von Leistungswandlern verwendet werden können, wie z.B. Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungswandlerschaltungen, wie Abwärtswandlerschaltungen, Aufwärtswandler oder Abwärts-/Aufwärtswandlerschaltungen, Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlerschaltungen oder Wechselstrom-Gleichstromwandlerschaltungen. The following disclosure relates to a power converter. It should be noted that different types of power converters can be used, e.g. DC-DC power converter circuits, such as step-down converter circuits, step-up converters or step-down / step-up converter circuits, DC-AC converter circuits or AC-DC converter circuits.

Stromgesteuerte Leistungswandler, wie z.B. DC-DC-Wandler, vergleichen ein charakteristisches Merkmal, wie z.B. den Spulenstrom, mit einem Schwellwertsignal, wie z.B. einem Schwellstrom, der von einem Steuerkreis abgegeben wird. Der Leistungswandler kann einen Satz von Transistoren enthalten. Er kann z.B. einen ersten Schalter, z.B. einen n-MOS-Transistor, einen zweiten Schalter, z.B. einen p-MOS-Transistor, eine Spule und einen Ausgangskondensator enthalten. Wenn der Schwellwert erreicht ist, wird der erste Transistorschalter abgeschaltet, und der zweite Transistorschalter wird eingeschaltet (bei dem Beispiel eines Aufwärtswandlers). Vor dem Erreichen des Schwellwerts steigt der Spulenstrom, und nach dem Erreichen des Schwellwerts rekonfigurieren die ersten und zweiten Schalter die Schaltung, und der Spulenstrom verringert sich.Current controlled power converters, e.g. DC-DC converters, compare a characteristic, such as the coil current, with a threshold signal, e.g. a threshold current emitted by a control circuit. The power converter can include a set of transistors. He can e.g. a first switch, e.g. an n-MOS transistor, a second switch, e.g. a p-MOS transistor, a coil and an output capacitor included. When the threshold is reached, the first transistor switch is turned off and the second transistor switch is turned on (in the example of a step-up converter). Before reaching the threshold, the coil current increases, and after reaching the threshold, the first and second switches reconfigure the circuit and the coil current decreases.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines digital gesteuerten Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung. Der Leistungswandler 100 in 1 umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die als eine Aufwärtswandlerstufe implementiert sein kann, wie in 1 gezeigt ist. Die Leistungswandlerstufe 10 umfasst einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12, eine Spule 13 und einen Ausgangskondensator 14. Eine Batteriespannung VB kann an ein Anschlussende der Spule 13 angelegt werden, und eine Ausgangsspannung V0 kann an einem Ausgang der Leistungswandlerstufe 10 erhalten werden. Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Digital-Analog-Wandler 20, der einen Eingang und einen Ausgang umfasst und dazu ausgelegt ist, ein digitales Soll-Stromsignal am Eingang zu empfangen und ein analoges Soll-Stromsignal am Ausgang auszugeben. Der Digital-Analog-Wandler kann z.B. eine Breite von 8 Bit aufweisen. 1 shows a schematic block diagram of a digitally controlled current mode power converter according to the disclosure. The power converter 100 in 1 includes a power converter level 10th which can be implemented as an up-converter stage, as in 1 is shown. The power converter stage 10th includes a first switch 11 , a second switch 12th , a coil 13 and an output capacitor 14 . A battery voltage V B can be connected to one end of the coil 13 be applied, and an output voltage V 0 can at an output of the power converter stage 10th be preserved. The power converter 100 also includes a digital-to-analog converter 20th , which comprises an input and an output and is designed to receive a digital nominal current signal at the input and to output an analog nominal current signal at the output. The digital-to-analog converter can have a width of 8 bits, for example.

Der Leistungswandler 100 umfasst ferner eine Flankenkompensationsschaltung 30, die einen ersten Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 20 gekoppelt ist, um das analoge Soll-Stromsignal von diesem zu empfangen, und wobei die Flankenkompensationsschaltung 30 dazu ausgelegt ist, ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal am Ausgang auszugeben. Die Flankenkompensationsschaltung 30 dient dem Zwecke der Verhinderung einer subharmonischen Oszillation bei der halben Schaltfrequenz durch Erzeugen eines Schwellstromwerts, der sich über den Schaltzyklus leicht verringert. Der Stromschwellwert wird zuerst mittels eines digitalen Schleifenfilters aus der Ausgangsspannung V0 berechnet, und zwar durch Umwandeln der analogen Ausgangsspannung V0 in einen digitalen Wert in dem Analog-Digital-Wandler 40 und anschließendes Berechnen des Stromschwellwerts in dem digitalen Kompensator 50, der z.B. als ein PID (Proportional-Integral-Derivativ) -Controller vorgesehen ist. Dann erzeugt der Digital-Analog-Wandler 20 einen konstanten Stromschwellwert in jedem Schaltzyklus. Mit der Flankenkompensationsschaltung 30 können dann subharmonische Oszillationen vermieden werden.The power converter 100 further includes an edge compensation circuit 30th , which comprises a first input and an output, the first input having the output of the digital-to-analog converter 20th is coupled to receive the desired analog current signal therefrom and the edge compensation circuit 30th is designed to output an edge-compensated analog nominal current signal at the output. The edge compensation circuit 30th serves the purpose of preventing subharmonic oscillation at half the switching frequency by generating a threshold current value which is slightly reduced over the switching cycle. The current threshold is first determined from the output voltage using a digital loop filter V 0 calculated by converting the analog output voltage V 0 into a digital value in the analog-to-digital converter 40 and then calculating the current threshold in the digital compensator 50 , which is provided, for example, as a PID (proportional-integral-derivative) controller. Then the digital-to-analog converter generates 20th a constant current threshold in each switching cycle. With the edge compensation circuit 30th then subharmonic oscillations can be avoided.

Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Komparator 60, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der erste Eingang mit der Leistungswandlerstufe 10 gekoppelt ist, um ein analoges Ist-Stromsignal von dieser zu empfangen, der zweite Eingang mit dem Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30 gekoppelt ist und der Komparator 60 dazu ausgelegt ist, ein spezifisches Signal auszugeben, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist.The power converter 100 also includes a comparator 60 which comprises a first input, a second input and an output, the first input having the power converter stage 10th is coupled to an analog actual To receive current signal from this, the second input with the output of the edge compensation circuit 30th is coupled and the comparator 60 is designed to output a specific signal when a value of the analog actual current signal is equal to a value of the edge-compensated analog target current signal.

Das spezifische Signal kann zu einem Controller 70 geliefert werden, der in Form einer endlichen Zustandsmaschine (FSM) implementiert sein kann. Der Controller 70 kann außerdem dazu ausgelegt sein, die Steuersignale für die ersten und zweiten Schalter 11 und 12 zu erzeugen und zu liefern.The specific signal can go to a controller 70 are delivered, which can be implemented in the form of a finite state machine (FSM). The controller 70 can also be configured to control signals for the first and second switches 11 and 12th to produce and deliver.

Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Zeitgeber 80, der als ein ultragrober digitaler Impulsbreitenmodulator (DPWM) implementiert sein kann. Der Zeitgeber 80 liefert ein Steuersignal zu dem digitalen Kompensator 50 und eine Schaltfrequenz zu dem Controller 70. Der Zeitgeber kann außerdem verwendet werden, um eine minimale Ein-Zeit oder eine minimale Aus-Zeit eines der Schalter in der Wandlerstufe 10 sicherzustellen.The power converter 100 also includes a timer 80 , which can be implemented as an ultra-coarse digital pulse width modulator (DPWM). The timer 80 provides a control signal to the digital compensator 50 and a switching frequency to the controller 70 . The timer can also be used to set a minimum on-time or a minimum off-time of one of the switches in the converter stage 10th ensure.

Der Leistungswandler 100 kann ferner einen Spannungsregelkreis umfassen, der einen weiteren Komparator 90 umfasst, welcher die analoge Ausgangsspannung V0 empfängt und diese mit einer Sollspannung vergleicht. Ein Ausgangssignal in Form eines PFM(Impulsfrequenzmodulations)-Signals kann zu einem Eingang des Controllers 70 geliefert werden. Der Spannungsregelkreis ist jedoch nur optional vorgesehen und kann entfallen.The power converter 100 may further comprise a voltage control loop, which is a further comparator 90 which includes the analog output voltage V 0 receives and compares this with a target voltage. An output signal in the form of a PFM (pulse frequency modulation) signal can go to an input of the controller 70 to be delivered. However, the voltage control loop is only optional and can be omitted.

2a zeigt ein beispielhaftes Ausgangssignal eines Digital-Analog-Wandlers ohne Flankenkompensation. Das Ausgangssignal ist ein stückweise konstantes Signal, d.h. eine Abtast- und Halteversion eines diskreten Zeitsignals. Ein gewünschtes Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers ist in 2b gezeigt. Es besteht aus der stückweise konstanten Komponente wie in 2a und einer kontinuierlichen Zeitrampenkomponente. Mit einem Ausgangssignal wie diesem ist eine Flankenkompensation möglich, somit kann eine subharmonische Oszillation vermieden werden. 2c zeigt eine Variante von 2b, wobei die kontinuierliche Zeitrampe nur in einem auswählbaren Teilintervall des Schaltzyklus addiert wird. Dies kann sinnvoll sein, wenn z.B. eine starke Rampe gewünscht ist. Bei einer alternativen Implementierung kann die kontinuierliche Rampe durch eine andere kontinuierliche Wellenform, wie z.B. eine kubische oder exponentielle Wellenform, ersetzt werden. 2a shows an exemplary output signal of a digital-to-analog converter without edge compensation. The output signal is a piecewise constant signal, ie a sample and hold version of a discrete time signal. A desired output signal of the digital-to-analog converter is in 2 B shown. It consists of the piecewise constant component as in 2a and a continuous time ramp component. Edge compensation is possible with an output signal like this, thus avoiding subharmonic oscillation. 2c shows a variant of 2 B , the continuous time ramp being added only in a selectable subinterval of the switching cycle. This can be useful if, for example, a strong ramp is required. In an alternative implementation, the continuous ramp can be replaced with another continuous waveform, such as a cubic or exponential waveform.

3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers für einen Leistungswandler nach der Offenbarung. In dem Blockschaltbild in 3 sind nur ein Teil eines Leistungswandlers und einer Wandlerstufe, wie der in 1 gezeigten, dargestellt. Die in 3 gezeigte Schaltung umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12 und eine Induktivität 13 umfasst. Die Leistungswandlerstufe 10 umfasst ferner einen (nicht gezeigten) Ausgangskondensator. Der erste Schalter 11 kann aus einem n-MOS-Transistor gebildet sein, und der zweite Schalter 12 kann aus einem p-MOS-Transistor gebildet sein. Eine Batteriespannung Vb kann an ein Anschlussende der Induktivität 13 angelegt werden. 3rd shows a schematic block diagram of a digital-to-analog converter for a power converter according to the disclosure. In the block diagram in 3rd are only part of a power converter and a converter stage, like the one in 1 shown, shown. In the 3rd Circuit shown includes a power converter stage 10th who have a first switch 11 , a second switch 12th and an inductor 13 includes. The power converter stage 10th further includes an output capacitor (not shown). The first switch 11 can be formed from an n-MOS transistor, and the second switch 12th can be formed from a p-MOS transistor. A battery voltage V b can be connected to one end of the inductor 13 be created.

Die Schaltung in 3 umfasst ferner einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 20 (ersten Teil-DAC), eine Flankenkompensationsschaltung 30 und einen Komparator 40. Ferner kann der Leistungswandler in 3 weitere Komponenten umfassen, die in 1 gezeigt sind und die hier der Einfachheit halber nicht gezeigt sind. Der DAC 20, die Flankenkompensationsschaltung 30 und der Komparator 40 können auf die gleiche Weise wie in 1 gezeigt mit diesen weiteren Komponenten verbunden sein.The circuit in 3rd also includes a digital-to-analog converter (DAC) 20th (first part DAC), an edge compensation circuit 30th and a comparator 40 . Furthermore, the power converter in 3rd include other components that in 1 are shown and which are not shown here for the sake of simplicity. The DAC 20th , the edge compensation circuit 30th and the comparator 40 can be done in the same way as in 1 shown to be connected to these other components.

Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Eingang mit dem Ausgang des DAC 20 gekoppelt ist, um das analoge Soll-Stromsignal von diesem zu empfangen, und wobei der Ausgang mit einem ersten Eingang des Komparators 40 gekoppelt ist. Die Flankenkompensationsschaltung 30 ist dazu ausgelegt, ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal zu erzeugen und das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal dem Ausgang zuzuführen. Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst eine Stromquelle 31 (zweiten Teil-DAC), einen ersten Schalter 32, einen Kondensator 34 und einen zweiten Schalter 35. Der erste Schalter 32 führt die Funktion einer nachgebildeten Vorrichtung des ersten Schalters 11 der Leistungswandlerstufe 10 aus, was bedeutet, dass der erste Schalter 11 der Leistungswandlerstufe 10 und der erste Schalter 32 der Flankenkompensationsschaltung 30 ein vorbestimmtes Verhältnis von Widerstandswerten aufweisen. Außerdem sind die Steuerelektroden der beiden Schalter 11 und 32 mit ein und demselben Signal gekoppelt. Der erste Schalter 32 ist ferner zwischen dem DAC 20 und der Masse gekoppelt. Der erste Schalter 32 kann einen Transistor umfassen, kann jedoch auch einen Widerstand umfassen, der den Strom des DAC 20 in eine Spannung umwandelt. Der Kondensator 34 umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Knotenpunkt zwischen dem DAC 20 und dem ersten Schalter 32 gekoppelt ist und der zweite Anschluss mit der Stromquelle 31 gekoppelt ist. Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst ferner einen zweiten Schalter 35, der als ein Rücksetzschalter fungiert, welcher während der Schaltperiode geöffnet wird und welcher geschlossen wird, wenn das Ende der Schaltperiode erreicht ist, um den Kondensator 34 zu entladen, so dass zu Beginn der folgenden Schaltperiode eine neue Rampe erzeugt werden kann. Zu Beginn jeder Schaltperiode erzeugt der DAC 20 einen analogen Soll-Strom aus einem digitalen Soll-Strom und injiziert einen Strom I1 in den ersten (nachgebildeten) Schalter 32. Dann dient ein kombinierter Effekt der Stromquelle 31 und des Kondensators 34 zum Subtrahieren eines Rampensignals von der Spannung, die über dem ersten Schalter 32 gemessen oder abgeführt wird, und zum Zuführen des daraus resultierenden Signals zum Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30. Die Stärke oder Höhe der Rampe kann von der Stromquelle 31 gesteuert werden, die als eine anpassbare Stromquelle 31 ausgelegt sein kann. Insbesondere kann die Stromquelle 31 auch in Form eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) (zweiter Teil-DAC) ausgelegt sein, der in diesem Fall eine Breite von 2 oder 3 Bit aufweist. Bei einer alternativen Ausführungsform werden weder der Schalttransistor 11 noch sein nachgebildeter Transistor 32 für die Strommessung verwendet. Stattdessen werden zweckbestimmte Messvorrichtungen, wie z.B. Messwiderstände, verwendet.The edge compensation circuit 30th includes an input and an output, the input connected to the output of the DAC 20th is coupled to receive the desired analog current signal therefrom, and wherein the output is connected to a first input of the comparator 40 is coupled. The edge compensation circuit 30th is designed to generate an edge-compensated analog target current signal and to supply the edge-compensated analog target current signal to the output. The edge compensation circuit 30th includes a power source 31 (second part DAC), a first switch 32 , a capacitor 34 and a second switch 35 . The first switch 32 performs the function of a simulated device of the first switch 11 the power converter stage 10th out, which means the first switch 11 the power converter stage 10th and the first switch 32 the edge compensation circuit 30th have a predetermined ratio of resistance values. In addition, the control electrodes are the two switches 11 and 32 coupled with one and the same signal. The first switch 32 is also between the DAC 20th and coupled to the crowd. The first switch 32 may include a transistor, but may also include a resistor that holds the current of the DAC 20th converted into a tension. The condenser 34 includes a first port and a second port, the first port having a node between the DAC 20th and the first switch 32 is coupled and the second connection to the power source 31 is coupled. The edge compensation circuit 30th further includes a second switch 35 which functions as a reset switch which is opened during the switching period and which is closed when the end of the switching period is reached by the capacitor 34 unloaded so that a new ramp can be generated at the beginning of the following switching period. The DAC generates at the beginning of each switching period 20th an analog target current from a digital target current and injects a current I 1 in the first (replica) switch 32 . Then a combined effect of the power source is used 31 and the capacitor 34 for subtracting a ramp signal from the voltage across the first switch 32 is measured or dissipated, and for supplying the resulting signal to the output of the edge compensation circuit 30th . The strength or height of the ramp can depend on the power source 31 are controlled as a customizable power source 31 can be designed. In particular, the power source 31 also be designed in the form of a digital-to-analog converter (DAC) (second partial DAC), which in this case has a width of 2 or 3 bits. In an alternative embodiment, neither the switching transistor 11 still its replica transistor 32 used for current measurement. Instead, dedicated measuring devices such as measuring resistors are used.

Unter der Annahme, dass ein Strom I1 von dem DAC 20 durch den ersten Schalter 32 zur Masse fließt, der erste Schalter 32 einen Widerstand R aufweist, der Kondensator 34 eine Kapazität C aufweist und die Stromquelle 31 einen Strom I2 aufnimmt, entwickelt sich dann die Spannung über den Kondensator 34 wie 1/C × I2 × t und die dem Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30 zugeführte Ausgangsspannung entwickelt sich wie R (I1 - I2) - 1/C × I2 × t.Assuming that a stream I 1 from the DAC 20th through the first switch 32 flows to ground, the first switch 32 has a resistor R, the capacitor 34 has a capacitance C and the current source 31 a stream I 2 then the voltage across the capacitor develops 34 like 1 / C × I 2 × t and that of the output of the edge compensation circuit 30th supplied output voltage develops like R (I 1 - I 2 ) - 1 / C × I 2 × t.

Die Stromquelle 31 kann außerdem so betrieben werden, dass die Rampe später in diesem Schaltzyklus addiert wird, d.h. nicht von Beginn an. Ein solches Beispiel ist in dem Zeitdiagramm in 2c gezeigt. Bei einer Ausführungsform wird die Flanke vor einer überschlägig ermittelten Zeitinstanz der Gleichheit des analogen Soll-Stroms und des Ist-Stroms aktiviert.The power source 31 can also be operated so that the ramp is added later in this switching cycle, ie not from the beginning. Such an example is in the timing diagram in 2c shown. In one embodiment, the edge is activated before a roughly determined time instance of the equality of the analog target current and the actual current.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers 350 für einen Leistungswandler nach der Offenbarung. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 ist auf die gleiche Weise zu verstehen wie der Leistungswandler in 1, wobei einige Elemente der Einfachheit halber in 4 nicht gezeigt sind. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12 und eine Induktivität 13 umfasst, wobei der Ausgangskondensator nicht gezeigt ist. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 umfasst ferner einen DAC 320 (ersten Teil-DAC) und eine Flankenkompensationsschaltung 330. Der Leistungswandler umfasst ferner einen Komparator 340. Die Flankenkompensationsschaltung 330 umfasst eine Stromquelle 331 (zweiten Teil-DAC), ein nachgebildetes Element, z.B. einen ersten Schalter 332, einen Spannungs-Strom-Wandler 333, einen Kondensator 334, einen zweiten Schalter 335 und einen dritten Schalter 336. Der DAC 320 ist mit dem DAC 20 in 3 vergleichbar, und er injiziert einen Strom in den ersten Schalter 332, der als eine nachgebildete Vorrichtung mit Bezug auf den ersten Schalter 11 der Leistungswandlerstufe 10 fungiert. Auch hier kann der erste Schalter 11 einen Transistor oder einen Widerstand umfassen, um den Strom des DAC 320 in eine Spannung umzuwandeln. Dann wird durch einen kombinierten Effekt zwischen der Stromquelle 331, dem Kondensator 334 und dem Spannungs-Strom-Wandler 333 eine Stromrampe erzeugt, die zu dem analogen Strom, wie er von dem DAC 320 geliefert wird, addiert oder von diesem subtrahiert werden kann. Der zweite Schalter 335 dient zum Rücksetzen der Schaltung am Ende eines Schaltzyklus. Der dritte Schalter 336 deaktiviert die Stromquelle 331 während dieser Rücksetzphase. Der daraus resultierende Strom IDAC - IRAMP erzeugt einen Spannungsabfall über die nachgebildete Vorrichtung 332, der zu einem ersten Eingang des Komparators 340 geliefert wird, wobei der Spulenstrom, der durch die Induktivität 13 der Leistungswandlerstufe 10 fließt, zu einem zweiten Eingang des Komparators 340 geliefert wird. Sobald die zwei in den Komparator 340 eingegebenen Signale gleich sind, wird ein Ausgangssignal erzeugt und zu dem Controller 70 geliefert, der mit einem Schließen des ersten Schalters 11 reagiert. 4th shows a schematic block diagram of a digital-to-analog converter 350 for a power converter according to the revelation. The digital-to-analog converter 350 in 4th is to be understood in the same way as the power converter in 1 , with some elements in 4th are not shown. The digital-to-analog converter 350 in 4th includes a power converter level 10th who have a first switch 11 , a second switch 12th and an inductor 13 comprises, the output capacitor is not shown. The digital-to-analog converter 350 in 4th also includes a DAC 320 (first part DAC) and an edge compensation circuit 330 . The power converter also includes a comparator 340 . The edge compensation circuit 330 includes a power source 331 (second part DAC), a simulated element, for example a first switch 332 , a voltage-current converter 333 , a capacitor 334 , a second switch 335 and a third switch 336 . The DAC 320 is with the DAC 20th in 3rd comparable, and it injects a current into the first switch 332 that as a replica device with respect to the first switch 11 the power converter stage 10th acts. The first switch can also be used here 11 include a transistor or resistor to the current of the DAC 320 to convert into a tension. Then through a combined effect between the power source 331 , the capacitor 334 and the voltage-current converter 333 generates a current ramp that leads to the analog current as provided by the DAC 320 can be delivered, added or subtracted from this. The second switch 335 serves to reset the circuit at the end of a switching cycle. The third switch 336 disables the power source 331 during this reset phase. The resulting current I DAC - I RAMP generates a voltage drop across the simulated device 332 leading to a first input of the comparator 340 is supplied with the coil current through the inductance 13 the power converter stage 10th flows to a second input of the comparator 340 is delivered. Once the two in the comparator 340 input signals are the same, an output signal is generated and sent to the controller 70 delivered with a closing of the first switch 11 responds.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers. Das Verfahren 400 in 5 umfasst das Bereitstellen einer Leistungswandlerstufe bei 410, das Umwandeln eines digitalen Soll-Stromsignals in ein analoges Soll-Stromsignal bei 420 und das Umwandeln des analogen Soll-Stromsignals in ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal bei 430. Das Verfahren umfasst ferner das Vergleichen eines Parameters, der für ein analoges Ist-Stromsignal, das aus der Leistungswandlerstufe erhalten wird, repräsentativ ist, mit einem Parameter, der für das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal repräsentativ ist, bei 440 und das Erzeugen eines Signals, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist, bei 450. Das digitale Soll-Stromsignal kann von einer Messung einer Ausgangsspannung der Leistungswandlerstufe abgeleitet werden. 5 shows a flowchart of a method for digitally controlling a current mode power converter. The procedure 400 in 5 includes providing a power converter level at 410 , the conversion of a digital target current signal into an analog target current signal 420 and converting the target analog current signal into an edge compensated target analog current signal 430 . The method further includes comparing a parameter representative of an actual analog current signal obtained from the power converter stage with a parameter representative of the edge compensated analog target current signal 440 and generating a signal when a value of the actual analog current signal is equal to a value of the edge compensated desired analog current signal 450 . The digital target current signal can be derived from a measurement of an output voltage of the power converter stage.

Der Parameter, der für ein analoges Ist-Stromsignal repräsentativ ist, kann das analoge Ist-Stromsignal selbst oder eine Spannung sein, die für das analoge Ist-Stromsignal repräsentativ ist, und der Parameter, der für das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal repräsentativ ist, kann das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal selbst oder eine Spannung sein, die für das flankenkompensierte Soll-Stromsignal repräsentativ ist.The parameter that is representative of an analog actual current signal can be the analog actual current signal itself or a voltage that is representative of the analog actual current signal and the parameter that is representative of the edge-compensated analog target current signal. can be the edge-compensated analog target current signal itself or a voltage that is representative of the edge-compensated target current signal.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Umwandeln des analogen Soll-Stromsignals in ein flankenkompensiertes analoges Soll-Signal das Verringern oder Erhöhen eines Werts des analogen Soll-Stromsignals. Insbesondere umfasst es das Erzeugen eines Rampen-Stromsignals, was z.B. durch Laden eines Kondensators mittels einer Stromquelle erfolgen kann. Die Stromquelle kann als eine anpassbare Stromquelle implementiert sein, insbesondere in Form eines Digital-Analog-Wandlers. According to one embodiment of the method, converting the analog desired current signal into an edge-compensated analog desired signal comprises reducing or increasing a value of the analog desired current signal. In particular, it involves generating a ramp current signal, e.g. can be done by charging a capacitor using a power source. The current source can be implemented as an adaptable current source, in particular in the form of a digital-to-analog converter.

Obwohl die Offenbarung mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Veränderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Wesen und Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche abgewichen wird. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauteilen oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen etc.) durchgeführt werden, müssen, sofern nichts anderes angegeben ist, die Ausdrücke (einschließlich eines Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Bauteile zu beschreiben, jedem anderen Bauteil oder jeder anderen Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion des beschriebenen Bauteils durchführt (z.B. diesem funktionell äquivalent ist), selbst wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion bei den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt, nicht strukturell äquivalent sind.Although the disclosure has been shown and described with reference to one or more implementations, changes and / or modifications may be made to the examples shown without departing from the spirit and scope of the appended claims. In particular with regard to the various functions performed by the components or structures (arrangements, devices, circuits, systems, etc.) described above, unless expressly stated otherwise, the terms (including a reference to a “means”) must: may be used to describe such components to correspond to any other component or structure that performs the specified function of the described component (e.g., is functionally equivalent), even if it is of the disclosed structure that performs the function in the exemplary implementations presented here of Revelation are not structurally equivalent.

Claims (1)

Digital-Analog-Wandler (350) für einen Strommodus-Wandler (100), der umfasst: einen Spannungs-Strom-Wandler (333); eine erste Wandlerschaltung (320), die einen ersten Teil-DAC umfasst und dazu ausgelegt ist, ein während eines Schaltzyklus konstant bleibendes und zeitkontinuierliches Signal zu erzeugen; und eine zweite Wandlerschaltung (330), die dazu ausgelegt ist, ein sich über den Schaltzyklus kontinuierlich veränderndes Signal zu erzeugen, wobei die zweite Wandlerschaltung (330) einen zweiten Teil-DAC (331), der dazu ausgelegt ist, ein Diskretwertsignal zu erzeugen, und eine Wellenform-Erzeugungsschaltung, die mit dem zweiten Teil-DAC (331) gekoppelt ist, umfasst, wobei die Wellenform-Erzeugungsschaltung dazu ausgelegt ist, das Diskretwertsignal in das sich kontinuierlich verändernde Signal umzusetzen, wobei die Wellenform-Erzeugungsschaltung ein einem Schalter (11) des Strommodus-Wandlers (100) nachgebildetes Element (332) und einen Kondensator (334) umfasst, wobei das nachgebildete Element (332) mit einem Ausgang der ersten Wandlerschaltung (320) gekoppelt ist, wobei der Kondensator (334) eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode mit einem Knotenpunkt zwischen dem zweiten Teil-DAC (331) und einem Eingang des Spannungs-Strom-Wandlers (333) gekoppelt ist, ein Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers (333) mit einem Ausgang der ersten Wandlerschaltung (320) gekoppelt ist, und die zweite Elektrode mit einem Massepotential gekoppelt ist, und wobei an einem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (350) eine Spannung bereitgestellt wird, die an einem Knoten zwischen der ersten Wandlerschaltung (320) und dem nachgebildeten Element (320) abgegriffen wird.A digital-to-analog converter (350) for a current mode converter (100) comprising: a voltage-to-current converter (333); a first converter circuit (320) comprising a first sub-DAC and configured to generate a signal that is constant and continuous over a switching cycle; and a second converter circuit (330) configured to generate a signal that changes continuously over the switching cycle, wherein the second converter circuit (330) includes a second sub-DAC (331) configured to generate a discrete value signal and a waveform generation circuit coupled to the second sub-DAC (331), wherein the waveform generating circuit is configured to convert the discrete value signal into the continuously changing signal, wherein the waveform generating circuit comprises an element (332) simulating a switch (11) of the current mode converter (100) and a capacitor (334), wherein the simulated element (332) is coupled to an output of the first converter circuit (320), wherein the capacitor (334) comprises a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode is coupled to a node between the second partial DAC (331) and an input of the voltage-current converter (333), an output of the voltage-current converter (333) to an output of the first converter circuit (320) and the second electrode is coupled to a ground potential, and wherein a voltage is provided at an output of the digital-to-analog converter (350), which voltage is connected to a node between the first converter circuit (320) and the simulated element (320) is tapped.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9444338B1 (en) * 2013-03-15 2016-09-13 Maxim Integrated Products, Inc. Systems and methods to calibrate switching regulators
US10630075B2 (en) 2015-10-30 2020-04-21 Intel IP Corporation Multi-level output circuit having centralized ESD protection
US10135240B2 (en) 2016-06-27 2018-11-20 Intel IP Corporation Stacked switch circuit having shoot through current protection
GB2587639A (en) * 2019-10-02 2021-04-07 Raytheon Systems Ltd A peak current mode controller

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007087A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-13 Arques Technology Constant ON-time controller for a buck converter
US20100134083A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-03 Olivier Trescases System and method for a/d conversion
US7772810B2 (en) * 2004-08-13 2010-08-10 St-Ericsson Sa DC-DC Converter with adaptive switching parameter adjustment
US20110280353A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-17 Richtek Technology Corporation, R.O.C. Adaptive phase-shifted synchronization clock generation circuit and method for generating phase-shifted synchronization clock
US20120176824A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Chris Michael Franklin Methods and apparatus for digital peak current mode control for switch-mode power converters
CN102882375A (en) * 2011-10-20 2013-01-16 成都芯源系统有限公司 Switch type power supply and slope compensation signal generating circuit and control method thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7858440B2 (en) 2007-09-21 2010-12-28 Infineon Technologies Ag Stacked semiconductor chips
US8149601B2 (en) 2008-07-10 2012-04-03 Infineon Technologies Ag Adaptive slope compensation method for stabilizing a continuous conduction mode converter
US7876082B2 (en) 2008-08-21 2011-01-25 Himax Analogic, Inc. DC/DC converter and slope compensation circuit thereof
JP5151830B2 (en) 2008-09-08 2013-02-27 株式会社リコー Current mode control type DC-DC converter
DE102009016290B4 (en) 2009-04-03 2018-07-19 Texas Instruments Deutschland Gmbh Electronic device and method for DC-DC conversion with slope compensation
US8138734B2 (en) 2009-04-06 2012-03-20 Monolithic Power Systems, Inc. Accurate current limit for peak current mode DC-DC converter
EP2299577B1 (en) 2009-09-18 2012-08-01 DET International Holding Limited Digital slope compensation for current mode control
JP5464695B2 (en) 2009-11-05 2014-04-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 DC-DC converter, DC voltage conversion method
TWI410033B (en) 2010-04-06 2013-09-21 Anpec Electronics Corp Current mode buck converter with fixed pwm/pfm boundary
US8324869B2 (en) * 2010-08-20 2012-12-04 Hamilton Sundstrand Corporation Method and apparatus for average current control
TWI427908B (en) 2010-12-30 2014-02-21 Realtek Semiconductor Corp Sido power converter and driving method thereof
CN102611306B (en) * 2012-03-27 2015-12-16 成都芯源系统有限公司 Switch converter and control circuit and control method thereof
EP2717062B1 (en) * 2012-10-05 2016-04-27 Dialog Semiconductor GmbH Artificial ramp generating in PWM modulator for current control mode

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007087A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-13 Arques Technology Constant ON-time controller for a buck converter
US7772810B2 (en) * 2004-08-13 2010-08-10 St-Ericsson Sa DC-DC Converter with adaptive switching parameter adjustment
US20100134083A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-03 Olivier Trescases System and method for a/d conversion
US20110280353A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-17 Richtek Technology Corporation, R.O.C. Adaptive phase-shifted synchronization clock generation circuit and method for generating phase-shifted synchronization clock
US20120176824A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Chris Michael Franklin Methods and apparatus for digital peak current mode control for switch-mode power converters
CN102882375A (en) * 2011-10-20 2013-01-16 成都芯源系统有限公司 Switch type power supply and slope compensation signal generating circuit and control method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RIDLEY, R. B.: A New, Continuous-Time Model For Current-Mode Control (Power Converters). In: IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 6, No. 2, 1991, S. 271-280 – ISSN 1941-0107, doi:10.1109/63.76813 *
TREVISAN, D. [et al.]: Digital Control of Single-Inductor Dual-Output DC-DC Converters in Continuous-Conduction Mode. In: IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, 2005, S. 2612-2622 - ISBN 978-0-7803-9033-1, doi:10.1109/PESC.2005.1582002 *

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